基于魚刺圖-事故樹的透水事故分析與防治

劉 玲

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037001)

0 引言

我國煤礦隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而日益進(jìn)步，由于受到技術(shù)發(fā)展、地質(zhì)條件、管理因素等多方面的影響，煤礦事故時(shí)有發(fā)生。其中，透水事故是比較常見且危害較大的一類事故，一旦發(fā)生可能造成大量人員傷亡和環(huán)境破壞，甚至直接導(dǎo)致礦井無法再次投入生產(chǎn)，所帶來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響都十分巨大[1-3]。為了減少礦井透水事故的發(fā)生幾率，有必要對(duì)引發(fā)透水事故的因素進(jìn)行深入研究，以提高透水事故的預(yù)測和防治能力。

1 煤礦透水事故致因分析

1.1 礦山透水事故發(fā)生機(jī)理

礦井透水事故的發(fā)生需要地表徑流、地下水等透水水源與礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行貫通，并涌水量超出可控范圍就導(dǎo)致透水事故，即透水事故發(fā)生的3要素為：水源、通道、規(guī)模[4-6]，如圖1所示。透水事故發(fā)生的本源是水源，即主要井田范圍內(nèi)存在可能引發(fā)透水事件的水源，如地表水、地下河、含水層、積聚的老坑水等，才有可能導(dǎo)致透水事故；其次，透水事故的發(fā)生需要這類透水水源能夠進(jìn)入礦井，即透水通道；再次，井下透水只有超出礦井自身排水系統(tǒng)負(fù)荷，才會(huì)被稱為透水事故。

圖1 礦山透水事故的發(fā)生條件

1.2 影響礦井透水的因素

礦井透水的水源分自然水源和人為水源2種。

自然水源：自然水源一般分為地表水和地下水，大氣降水和地表水與礦井形成5 m以上的隔水層是無法進(jìn)入礦井的，但是地表水源是地下水、含水層的主要補(bǔ)充源；地下水源根據(jù)礦層的接觸分為直接充水礦床和間接充水礦床；根據(jù)圍巖性質(zhì)不同，各類充水礦床賦存條件也各不相同，分為砂礫石孔隙充水礦床、堅(jiān)硬巖層裂隙充水礦床和巖溶充水礦床。

人為水源：人為水源有襲奪水、老空水等，襲奪水主要是由于開采活動(dòng)造成地下水流場發(fā)生改變形成襲奪水源；廢棄井巷、采空區(qū)等處大量積水，水源無法循環(huán)流動(dòng)積聚在采空區(qū)和井巷，形成老空水。礦井透水通道，通常褶曲、斷層以及頂板冒落裂隙帶、地面巖溶塌陷帶等地質(zhì)構(gòu)造易含水，并與含水層及地表水貫通；同時(shí)未封閉或封閉不嚴(yán)的勘探鉆孔也有可能構(gòu)成透水通道。

2 透水事故分析及防治措施

2.1 魚刺圖分析

魚刺圖分析法：魚刺圖分析法通過帶指向性的線條和文字標(biāo)識(shí)將事故結(jié)果和發(fā)生原因構(gòu)成邏輯因果關(guān)系并構(gòu)成因果分析圖，由于該分析法展開后的圖形形狀而被稱為魚刺圖[7-9]。魚刺圖法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠進(jìn)行單一事故深入分析，也可以將多事故綜合處理，查找事故發(fā)生原因。魚刺圖法通常將事故原因及因素分為人、物、環(huán)境和管理4個(gè)方面進(jìn)行展開，每個(gè)支線再進(jìn)行展開，通過箭頭表示邏輯關(guān)系，最終與基本事件、主要因素連接。

魚刺圖繪制：魚刺圖分析法是在事故致因理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往透水事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)影響因素屬性，分為了人、物、環(huán)境和安全管理4個(gè)方面展開分析，繪制煤礦透水事故的魚刺圖，如圖2所示。從圖中可以看出，“魚頭”部分即事故對(duì)象，煤礦透水事故；四個(gè)主要的“魚刺”即影響事故發(fā)生的主要因素，人的因素、物的因素、環(huán)境因素和管理因素；一些小的“魚刺”則是每個(gè)主要因素下的具體事件。后面將對(duì)這些事件及一些主要的防治措施進(jìn)行闡述。

圖2 煤礦透水事故的魚刺圖

2.2 事故樹分析

事故樹分析法：事故樹分析法在危險(xiǎn)源辨析的基礎(chǔ)上將影響事故產(chǎn)生各類中間事件，基礎(chǔ)底事件(誘因)通過邏輯關(guān)系構(gòu)成邏輯嚴(yán)密、思路清晰的事故樹分析模型，它可以建立已產(chǎn)生的事故或可能發(fā)生的事故，能夠從根本查找事故產(chǎn)生的直接原因，或根據(jù)事故樹模型對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行控制，避免事故發(fā)生[10-13]。事故樹分析可以完成定性分析，也可以通過底事件、中間事件的發(fā)生概率進(jìn)行定量分析，確定關(guān)鍵致因。

層次分析模型：通過將煤礦透水事故定義為頂上事件，將人、機(jī)、環(huán)境、管理作為4個(gè)中間事件，將導(dǎo)致透水事故產(chǎn)生的各類基礎(chǔ)事件{X1法律意識(shí)淡薄；X2危害認(rèn)識(shí)不足；X3思想麻痹;X4心存僥幸；X5專業(yè)知識(shí)缺乏；X6越界開采；X7未進(jìn)行探放水；X8數(shù)量不足;X9設(shè)備年久失修;X10安全投入不足;X11排放水設(shè)備不符合標(biāo)準(zhǔn)；X12地質(zhì)資料不全；X13排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理；X14井筒位置不合理；X15人為水源；X16自然水源；X17地質(zhì)條件；X18透水通道；X19制度不健全；X20監(jiān)督不到位；X21應(yīng)急預(yù)案不到位；X22安全培訓(xùn)不到位；X23雨季防洪不到位；X24探放水不到位}等事件定義為底事件，將煤礦透水事故樹模型構(gòu)成一個(gè)4層的層次分析模型，如圖3所示。

求解分析：事故樹中最小割集是事故樹中頂上事件發(fā)生的必要條件，各最小割集構(gòu)成了導(dǎo)致事故發(fā)生的各類誘因組合方式，也可以表述為引發(fā)頂上事件的最小基本事件的集合。可以通過布爾代數(shù)法確定煤礦透水事故的各個(gè)最小割集。

圖3 煤礦透水事故分析模型示意圖

T=M1·M2·M3·M4

T=(X1+…+X7)·(X8+…+X14)·

(X15+…+X18)·(X16+…+X24)

T=X1·X8·X15·X16+…+X7·X14·X18·X24

(1)

通過最小割集求解，可得到最小割集1 176個(gè)。這些最小割集代表了能夠引發(fā)礦井透水事故發(fā)生的最小數(shù)量事件的集合。相反為了避免頂上事件的發(fā)生，可以通過最小徑集的方法確定能夠避免頂上事件發(fā)生的各類基礎(chǔ)事件集合。

T′=M1+M2+M3+M4

T′=X1·X2·X3·X4·X5·X6·X7+X8·X9·X10·X11·X12·X13·X14+X15·X16·X17·X18+X19·X20·X21·X22·X23·X24

(2)

可得出最小徑集為4個(gè)，通過最小割集和最小徑集的分析，可以確定已發(fā)生事故是如何產(chǎn)生的，也可以確定如何最大限度控制隱患，確保礦井生產(chǎn)安全，避免井下水害影響。

2.3 防治措施

人的方面：透水水源是一種客觀存在，人們通過生產(chǎn)活動(dòng)改變井下作業(yè)空間，與透水水源建立貫通的導(dǎo)水通道，如非法生產(chǎn)、超層越界開采、破壞防水設(shè)施等。從某種意義上，透水事故主因是井下作業(yè)人員安全意識(shí)淡薄，違章指揮和違章作業(yè)。所以，如何提高人員安全意識(shí)、安全防透水技能，是井下防治水害的主要控制手段之一。首先，通過安全意識(shí)教育，提高對(duì)水害防治重要性的認(rèn)知，杜絕不必要的不安全行為；同時(shí)加強(qiáng)安全技能培訓(xùn)，提高井下作業(yè)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)透水事故的能力和自救技能。

物的方面：通常指的是礦井排水系統(tǒng)和排水設(shè)施狀況，該環(huán)節(jié)實(shí)際上是井下防治水害的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。為了在水害發(fā)生或者井下出現(xiàn)涌水現(xiàn)象后，能快速有效地進(jìn)行井下排水，區(qū)域密閉防止災(zāi)害擴(kuò)大。因此，防水墻、防水閘門、防水密閉、保安礦柱等防水設(shè)施的選擇和設(shè)計(jì)，以及井下排水設(shè)備選型，都應(yīng)在充分考察礦井所在區(qū)域降水和井下水文地質(zhì)的情況下，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，滿足相關(guān)規(guī)定要求和礦井防治需要。

環(huán)境方面：透水事故的傷害源為實(shí)際存在的透水水源，該環(huán)節(jié)是客觀現(xiàn)象，無法直接消除。為了避免透水事故的發(fā)生，需要主動(dòng)控制和遠(yuǎn)離透水水源。應(yīng)注意井下防洪措施，加強(qiáng)雨季巡查，制定專項(xiàng)應(yīng)急處置措施；礦井在工作面以井巷布置應(yīng)遠(yuǎn)離地表水及透水通道發(fā)育區(qū)域，避免與地表水源貫通；對(duì)地下水方面的控制，也應(yīng)進(jìn)行有效規(guī)避，為此應(yīng)加強(qiáng)水文地質(zhì)探查，充分了解礦井及附近水文地質(zhì)狀況。

安全管理方面：一切井下作業(yè)活動(dòng)的前提都是在組織管理下進(jìn)行的，有效的安全管理能夠最大程度控制人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。首先應(yīng)落實(shí)“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水文探查制度，加強(qiáng)安全監(jiān)管力度，落實(shí)各項(xiàng)安全管理制度，建立各項(xiàng)專項(xiàng)處置及撤離方案；加強(qiáng)對(duì)管理及作業(yè)人員的安全培訓(xùn)，提高管理及作業(yè)人員法律及安全意識(shí)，有效避免不安全行為的發(fā)生，同時(shí)加強(qiáng)安全技能培訓(xùn)。

3 結(jié)語

在分析煤礦透水事故發(fā)生機(jī)理、發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，以“魚刺圖”分析法為基礎(chǔ)，繪制了煤礦透水事故魚刺圖，為現(xiàn)場提供了有力、有理的分析方法，方便安全管理人員和技術(shù)人員在復(fù)雜的因素中迅速、有效地判斷潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過事故樹分析法對(duì)礦井透水事故進(jìn)行分析，在魚刺圖分析的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)致井下透水事故的各類致因進(jìn)行分析，構(gòu)成事故分析模型，并通過最小割集確定事故發(fā)生的各類原因，以及通過最小徑集確定如何有效避免透水事故發(fā)生，確保礦井生產(chǎn)安全，并提出了針對(duì)性措施以提高井下水害防范能力。